《生物化学》本科课件第17章+激素

1、第17章 激素Hormone一、概述定义： 激素是生物体内特殊组织或腺体产生的、直接分泌到体液中，通过体液运送到特定的作用部位，从而引起特殊激动效应的一群微量的有机化合物。1904年，Bayliss W 及Starling E提出类别 动物激素植物激素脊椎动物激素无脊椎动物激素氨基酸衍生物激素肽和蛋白质激素类固醇激素脂肪酸衍生物激素甲壳类激素昆虫激素激素据溶解性能 脂溶性激素水溶性激素激素产生部位：不是所有的细胞， 是某些特定的组织细胞作用部位：不在产生部位， 经体液运输到靶器官/细胞效率：量少，作用大功能：调节新陈代谢，协调机体各部位功能调节：分泌量随内外环境变化而增减 激素调控往往是局部性

2、的， 直/间接受到神经系统的控制。激素的特点（一）激素的分泌脑垂体下丘脑产生激素的内分泌腺很多，以哺乳动物为例，一些特殊的内分泌腺主要有右图的几类。分泌的激素参见书上P551页的表17-1及表17-2甲状腺肾上腺胰腺卵巢睾丸垂体前页下丘脑垂体后页松果体垂体中页加压素催产素下丘脑神经内分泌轴三长轴：下丘脑（H）-脑垂体（P）-甲状腺（T） Hypothalamus PituitaryThyroid：HPT，代谢轴下丘脑（H）-脑垂体（P）-肾上腺皮质（A） Hypothalamus PituitaryAdrenal:HPA，应激轴下丘脑（H）-脑垂体（P）-性腺（G） Hypothalamus

3、Pituitary HPG，生殖轴三短轴：下丘脑（H）-生长激素 ：生长发育下丘脑（H）-催乳素 ： 催乳下丘脑（H）-促黑色素 ： 黑色素（二）激素的化学本质1、含氮激素 蛋白质激素前垂体、甲状旁腺、胰岛 多肽激素下丘脑（调节垂体前叶的功能） 氨基酸衍生物激素甲状腺、肾上腺髓质2、固醇类激素 性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。3 脂肪酸衍生物激素 主要由生殖系统及其它组织分泌产生。二、激素的合成和分泌合成途径：1、由激素的结构基因通过转录与翻译形成。如蛋白质和多肽类激素的合成。2、通过胞内存在的酶系催化合成。如固醇类激素和脂肪酸衍生物激素合成。（一） 多肽激素合成后储存于分泌囊中

4、结构基因经转录、翻译而成，许多多肽激素的前体都是较大的蛋白质，这种前体多肽激素分子称为“原激素”。原激素经酶解，才加工成相对分子质量较小的有活性的激素。如胰岛素原，甲状旁腺素原，胰高血糖素原，降钙素原，大胃泌素及促黑激素前体。原激素（二）甲状腺激素和肾上腺激素是 aa衍生物去甲肾上腺素肾上腺素1、肾上腺激素酪氨酸多巴多巴胺甲状腺球蛋白甲状腺素(T4)三碘甲状腺原氨酸(T3)碘化（三） 固醇类激素所有固醇类激素都由胆固醇转变成孕酮，肾上腺皮质激素脱氧皮质酮雄激素雌激素（四） 脂肪族激素-前列腺素前列腺素实际上是一类具有生物活性的物质的总称，已发现几十种。磷脂花生四烯酸前列腺素三、重要激素举例（一

5、）氨基酸衍生物激素1肾上腺素（1）结构 肾上腺素与去甲肾上腺素的结构 肾上腺分为髓质和皮质两部分。髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素。去甲肾上腺素主要由交感神经末梢分泌。（2）生物合成 Tyr羟化CO2羟化正肾上腺素（去甲肾上腺素）+ CH3（由Met供给）肾上腺素Tyr羟化酶（3）生理功能：大同小异 肾上腺素主要促使肝糖原分解，使血糖增加 。肝糖原 血糖（葡萄糖） 分解又能促使肌糖原分解，使乳酸增加 。肌糖原 乳酸 分解去甲肾上腺素也有上述作用，但作用较弱。 肾上腺素可使血管收缩；并能刺激心脏，使心肌收 缩力增加，心跳加快，所以使血压升高。（对心脏 作用大） （临床上被用来作为升压药物，起抗

6、休克作用）去甲肾上腺素也能使血压升高，但机制不同，去甲肾上腺素主要使除冠状动脉以外的全身小动脉收缩，所以使血压升高（对血管作用大） 总的来讲肾上腺素和去甲肾上腺素使血糖，血压。 狗急跳墙：血流速度快，血氧、血糖高激素作用生理上代谢上肾上腺素对心脏作用大强心剂（使心跳加速）对糖代谢作用大、升高血糖正肾上腺素对血管作用大加压剂（使血管收缩）对糖代谢作用弱，约1/202、甲状腺激素甲状腺分泌 甲状腺素（T4） 三碘甲腺原氨酸（T3）（1）结构 甲状腺素（3,5,3,5-四碘甲腺原氨酸，简称T4）。三碘甲腺原氨酸（3,5,3-三碘甲腺原氨酸，简称T3） 天然的甲状腺素是酪氨酸的衍生物，均为L-构型。甲

7、状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内70-80%的碘富集在其中。（2）生物合成 二分子二碘Tyr作用形成甲状腺素（T4） 一碘TyrTyr+活性碘+活性碘 3,5-二碘TyrT4脱碘产生T3一碘Tyr和二碘Tyr连接而成T3关于生物合成的二个问题 活性碘： 食物碘胃肠道I-H2O2甲状腺过氧化物酶活性碘（I2）还原 碘化反应并不发生在游离Tyr，而是在甲状腺 球蛋白分子中的Tyr残基。 甲状腺素没有特异的靶细胞，它的生理作用很广泛，几乎遍及全身各组织，它的主要生理功能有两方面： （3）生理功能 促进体内各物质的代谢，增加代谢率；另外增加耗 氧量和产热量。 维持机体的正常生长发育。 甲状腺素

8、的分泌量维持在一定水平，甲状腺机能亢进，甲状腺素分泌过多-甲亢。 甲状腺机能减退或切除甲状腺时： 发生在幼年得呆小病（引起发育迟缓，身材矮小，行动呆笨而缓慢） 发生在成年得粘液性水肿。（出现厚皮病，心博减慢，基础代谢降低，性机能低下）甲状腺激素的分泌受腺垂体分泌的促甲状腺激素的调节。 还有一种由于食物中长期缺碘引起地方性甲状腺肿反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突出，心跳加快，基础代谢增高，消瘦，神经系统兴奋性提高，表现为神经过敏等.（二）重要多肽类激素 这类激素包括由垂体，下丘脑、胰岛、甲状腺、甲状旁腺、胃肠和胸腺等分泌的激素。 垂体在神经系统（下丘脑）的控制下，调节着全身各种内分泌腺，是各种内

9、分泌腺的推动者。高等动物体内一大部分激素属于“下丘脑神经内分泌体系” 垂体前页及中页能自行合成激素，后页仅能贮存及分泌激素，后页分泌的激素是由下丘脑合成。1垂体前叶激素： 生长激素（GH）促甲状腺素（TSH）促黄体生成素（LH）促卵泡激素（FSH）催乳激素（LTH） 促肾上腺皮质激素（ACTH）脂肪酸释放激素（LPH）生长激素 （GH）化学本质：蛋白质 不同来源的GH，Mr不同，Mr 2万5万，结构差异较大。如人的GH Mr 21000由191个氨基酸组成。牛的GH Mr 46000，由396个氨基酸组成。 不同种属来源的GH结构不同，但有一部分序列是相同的，这相同的序列与生物功能有关。（1）

10、：促进蛋白质和RNA的生成（2）：调节蛋白质，糖和脂肪代谢（3）：刺激骨与软骨的生长（最主要）（4）：促进粘多糖及胶原的合成 对神经系统的发育和生长影响不大过多：幼体巨人症 成人肢端肥大缺乏：侏儒功能：21岁高仅1.15米的应城学生陈巍走进了湖北经济学院 化学本质：都是糖蛋白 都由两条多肽链组成，分别称为链，链 （每条多肽链都含有糖）。比较短的一条是链， 较长的一条是链。也称亚基，亚基。 这三种激素链结构很相似，不同的在链。 不同激素特有的生理活性是由链决定的。促甲状腺素（TSH）促卵泡激素（FSH） 促黄体生成素（LH）促激素、促性腺激素 : 促激素 推测这三种激素有一个共同的祖先，即从同一

11、个前体分子来的。 促甲状腺激素：靶腺是甲状腺，促使甲状腺发育以及分泌甲状腺激素，从而影响全身代谢。 功能：促黄体生成素：又称促间质细胞激素 雄性：刺激睾丸间质细胞发育，分泌雄性激素。雌性：促进卵泡发育成黄体，促进胆固醇转变成孕酮并分泌孕酮，阻止排卵。促卵泡激素和黄体生成素作用的靶是卵巢、睾丸。雄性：促进精巢发育，刺进精子生成和释放。雌性：促卵泡生成和释放、排卵和分泌雌激素。促卵泡激素： 催乳激素（LTH）： 催乳激素中有一段氨基酸序列与生长激素相似 一条肽链的蛋白质，人的LTH约由200个氨基酸组成。 功能：刺激乳腺分泌乳汁， 刺激黄体分泌孕酮。 促肾上腺皮质激素（ACTH） ACTH是39个

12、氨基酸组成的多肽，有种属差异。 生理功能： 促使肾上腺皮质发育和促使肾上腺皮质分泌激素。 可用ACTH来诊断肾上腺皮质的生理状况，也可用它治疗痛风，气喘和皮肤痛等病。脂肪酸释放激素（lipotropic hormones，LPH） -脂肪酸释放激素（-LPH）：由91个氨基酸组成的蛋白质 -脂肪酸释放激素（-LPH）：由58个氨基酸组成的蛋白质 功能：促使脂肪水解，释放出脂肪酸。 ACTH族激素和-LPH族激素很可能来源于同一个前体（ACTH-LPH前体）。 2、垂体中叶激素 促黑激素（MSH） 结构： MSH有-MSH和-MSH，均为肽类化合物。 -MSH是13肽，没有种属差异。 -MSH有

13、种属差异，人的-MSH是22肽，牛、羊 的-MSH是18肽。 功能：促使皮肤黑色细胞分泌黑色素，使皮肤颜色加深。 3、垂体后叶激素 过去认为催产素和升压素是垂体后页合成的，实际上并不是垂体后页合成的，而是下丘脑神经细胞合成的，然后顺着神经纤维运送到垂体后页，并贮存在那里，在受到适当刺激时再分泌入血液。所以垂体后页实际上是贮存和分泌这二种激素的器官。 结构： 催产素（oxytocin）和升压素（也称加压素vasopressin）是含S-S键的9肽。 这两种激素肽链骨架相似，都为含二硫键的二十元环，差别在第3位和第8位氨基酸不相同。 催产素：使子宫平滑肌收缩，用于催产，还可使乳腺平滑肌收缩，排出乳

14、汁。（1：120亿的剂量已能引起离体子宫收缩。功能：升压素：使毛细血管收缩，增加血压；并有减少排尿的作用，即抗利尿作用，所以升压素也称抗利尿激素。 是调节水代谢的重要激素。生物活性可以被胰蛋白酶破坏。也受巯基乙醇影响 催产素和升压素由于它们结构十分相似，很可能有一个共同的祖先。它们的祖先很可能是升压催产素（vasotocin） 。 催产素有种属特异性，升压素无种属特异性。 总结：垂体很小，但分泌的激素很多，这些激素的分泌受下丘脑的控制。 4、下丘脑激素 下丘脑 释放因子/抑制因子 腺垂体神经垂体促激素腺体激素靶细胞催产素升压素腺垂体：前页+中页神经垂体：后页 下丘脑至少分泌10种激素，这10种

15、激素的化学本质都属肽类，而且是Mr较小的多肽。 促黑激素释放抑制因子 促黑激素释放因子促肾上腺皮质激素释放因子黄体生成素释放因子促卵泡激素释放因子促甲状腺激素释放因子催乳激素释放抑制因子催乳激素释放因子生长激素释放抑制因子（somatostatin）生长激素释放因子释放抑制因子 (RIF)释放因子 (RF)多肽激素的特征： 许多激素的第一个氨基酸往往是焦谷氨酸，C端为酰胺。即没有游离的氨基端和羧基端，这样可防止氨肽酶、羧肽酶的降解。 多肽激素的原始祖先数目是有限的，即许多激素来源于同一前体，从同一祖先来。 5脑肽 1975年有人从猪脑中分离出两种具有吗啡活性的脑啡肽:Leu-脑啡肽: H3+N

16、-Tyr-Gly-Gly-phe-Leu-COO- Met-脑啡肽: H3+N-Tyr-Gly-Gly-phe-Met-COO- 内啡肽（endophin） 从垂体分离出的一族具有吗啡功能的内啡肽，有、-三种，-内啡肽为16肽，-内啡肽为32肽，-内啡肽为17肽。 脑内注射内啡肽能引起全身在几小时内深度消失痛觉，体温降低，行为变得木僵并呈现向外牵张姿势。内啡肽的生物学研究，拓宽了对神经生物学和神经精神病学的理解，对人类情感的生理学基础也有了更深入的认识。脑肽的功能：镇痛 6胰岛及甲状旁腺等的激素（1）胰岛素（insulin） 胰岛b细胞基因表达的产物。结构： 功能： 促进糖原的生物合成以及葡萄

17、糖的氧化，降低血糖。 促进蛋白质及脂类的合成代谢。 糖原葡萄糖CO2 + H2OInsulin当胰岛受到严重破坏时，胰岛素分泌显著减少，血糖升高，尿中糖排出，发生糖尿病。（2）胰高血糖素（glucagon） 结构：29肽 功能：在许多方面与胰岛素相反。 主要促使肝糖原分解，使血糖 促使脂肪分解。 哪些激素与维持血糖的水平有关？ 胰岛素肾上腺素、胰高血糖素和生长激素。（3）甲状旁腺激素和降钙素 甲状旁腺激素（PTH） 结构：蛋白质激素，有种属差异。 功能：靶器官是骨和肾脏血钙，血磷。 降钙素（CT） 结构：由32个氨基酸组成的多肽 功能：靶也是骨和肾脏 血钙 血磷 甲状旁腺激素：血钙，血磷。 降

18、血钙素：血钙，血磷。 1,25-二羟胆钙化醇（Vit D3)：血钙，血磷。 （三）、重要固醇类激素1肾上腺皮质激素 由肾上腺皮质分泌，占肾上腺全重2/3，主要有7种，它们是环戊烷多氢菲的衍生物。 皮质激素一般结构式（1）糖皮质激素 包括皮质酮、皮质醇和可的松 这类激素对糖代谢影响很大，而对水盐代谢影响很小，所以称糖皮质激素。 主要功能：调节糖代谢，抑制糖的氧化，促使蛋白质转化为糖，升高血糖。另外可减轻过敏反应，减轻炎症。 醋酸地塞米松等（2）盐皮质激素 包括醛固酮、脱氧皮质醇、脱氧皮质酮、脱氢皮质酮，其中以醛固酮的生理效应最强。 这类激素对水、盐代谢影响较大，对糖和蛋白质代谢影响较小。 主要生

19、理功能：促使体内保留钠，排出钾（保钠排钾），调节水盐代谢。 卵泡激素 黄体激素 主要由卵巢产生，但人类的胎盘、肾上腺皮质甚至睾丸也产生少量雌激素。 2、雌性性激素 卵泡（激）素：雌二醇，雌三醇、雌酮，可看作雌烃的衍生物。雌二醇雌三醇雌酮生理功能：促进女性器官发育、排卵。与体脂的分布和沉积有关。 雌二醇活性最高雌二醇雌酮雌三醇 黄体激素：主要为孕酮 生理功能：促进子宫和乳腺发育，抑制排卵，抑制动情，对全身代谢也有显著影响。 孕酮机体内孕酮及雌二醇联合起作用，使月经及妊娠过程能够正常完成。孕酮雌二醇10 7 43、雄性性激素 主要由睾丸的间质细胞分泌，但肾上腺皮质及卵巢也分泌少量的雄性激素。 雄性

20、激素：睾酮、雄酮、雄烯二酮，可看作雄烃的衍生物 三种激素中只有睾酮是睾丸分泌的，它的生理功效最大，雄酮和雄烯二酮是睾酮的降解产物。 生理功能：刺激男性性器官发育，促精子生成及促进男性的第二性征。另外对全身代谢也有影响。雄激素和雌激素在机体中作用虽不相同，但是它们在结构上是相似的，都是由胆固醇衍生而成，可相互转化。雄性和雌性动物体内都存在着一定比例的雄激素和雌激素，两者存在一定平衡。（四）脂肪族激素前列腺烷酸 所有的PG在C-13和C-14之间有1个反式双键，C-15有1个羟基。 前列腺素(prostaglandin,PG）PGEPGF PGAPGB功能：前列腺素是人体分布最广，也是效应最大的生

21、物活性物质之一，它对全身各个系统如生殖、心血管、呼吸和消化及神经系统等均有作用，并对代谢过程发生影响，例如：它能刺激子宫平滑肌收缩，可用于引产或人工流产。 前列腺素有增加发炎的效应。阿司匹林可干扰前列腺素的酶促合成消炎。四、激素的作用机制靶细胞膜上或靶细胞内有激素的受体 激素为什么只对“靶”起作用？有关受体的基本概念受体的概念受体（receptor） 能识别并与特定信号物质结合的特异蛋白/糖脂配体（ligand） 与受体结合的细胞外生物活性物质， 如激素、某些药物、毒素等受体的类型根据在细胞内分布的不同膜受体胞内受体按其结构和接受信号的种类及转换方式分为（1）离子通道型受体 主要是神经递质受体

22、1、膜受体存在于细胞质膜表面本质：跨膜糖蛋白，一条肽链 N端位于膜的外表面胞外信号结合部位 C端位于膜内侧与G蛋白相互作用 跨膜疏水部位7个螺旋作用：接受胞外信号后不直接影响细胞内变化 需要G蛋白介导如：肾上腺素2及受体、毒覃碱型乙酰胆碱受体（2）G蛋白偶联型受体本 质：跨膜糖蛋白，含一个螺旋类型1：膜外部分为配体结合区域 膜内侧具有酪氨酸蛋白激酶活性类型2：本身不具有酶的活性 结合配体后与Tyr蛋白激酶偶联而有活性作 用：与配体结合后可使受体本身磷酸化， 可催化底物蛋白特定的Tyr残基磷酸化如：胰岛素受体（3）具有酶活性的受体膜受体接受信号水溶性胞内受体接受信号脂溶性小分子存在：主要于细胞核

23、内； 在胞浆中结合配体后也转入核内作用：调节基因的转录 无配体时受体与抑制蛋白结合 结合配体后暴露出DNA结合位点如：类固醇激素受体、甲状腺素受体2、胞内受体1、专一性由其结构决定同一信号分子可能有两种以上的受体同一信号分子与不同受体结合产生不同的效应2、高亲和性极低浓度下即可被受体捕获109 10-10 mol/l，即使杂Pr高10万倍3、可饱和性靶细胞上受体数目有限不同细胞上、同一受体的数目可能不同；同一细胞上不同受体的数目可能不同4、可逆性非共价键结合受体的性质4种途径1、通过cAMP途径2、钙及肌醇三磷酸作用途径3、受体的酪氨酸激酶途径4、固醇类激素受体调节基因转录速度激素作用的四种方

24、式第一种：反应快，通过生成cAMP而立即起作用大部分含氮激素以这种方式起作用激素（第一信使）与细胞膜上特异受体结合；腺苷酸环化酶被活化，催化ATP生成cAMP（第二信使）；cAMP再经一系列的相关反应级联放大： a、先激活细胞内的蛋白激酶A b、再诱发各种功能单位产生相应的反应 亦被称为第二信使学说1通过cAMP起作用 G蛋白：GTP结合蛋白，依赖于GTP的调节蛋白。 亚基：45KD 亚基：35KD 亚基：7KD GDPGGDP （无活性状态）GTPG GTP （活性状态）GGTPGDPPiH2OG蛋白与信号转导取代G 蛋 白ATPcAMP无活性的 蛋白激酶有活性的 蛋白激酶蛋 白 质 磷 酸

25、 化 酶酶或蛋白质 酶 或蛋白质PPPi磷酸酶生理效应腺苷酸环化酶 第二信使学说由Sutherland提出，因此他荣获1971年国际生理学诺贝尔奖金（1）cAMP的产生与灭活腺苷酸环化酶cAMPcAMP环核苷酸磷酸二酯酶5 AMPMg2+是两酶的激活剂咖啡碱、茶碱对环核苷酸磷酸二酯酶有抑制作用ATP信号转导信号的转导抑制通过激活依赖cAMP的蛋白激酶A（PKA）起作用PKA四个亚基2个相同的催化亚基C、2个相同的调节亚基R每个R上有两个cAMP结合位点，结合4个cAMP后C与R脱离呈解聚态有活性可催化特定酶Ser-OH、Thr-OH磷酸化(激活/抑制)产生生理效应(2)cAMP的作用机制第一信

26、使与靶细胞膜上的特异受体结合腺苷酸环化酶（AC）被活化ATP分解为cAMP和ppi， cAMP 升高活化蛋白激酶A（PKA） 活化糖原磷酸化酶激酶糖原分解，磷酸葡萄糖的含量集聚增加肾上腺素的作用机理磷酸肌醇级联放大：激素与受体结合，激活G蛋白，G蛋白开启磷酸肌醇酶催化活性激素与受体结合活化磷酸肌醇酶（磷脂酶C） 催化PIP2， IP3 和DAGPIP2：磷脂酰肌醇4，5-二磷酸IP3：肌醇1，4，5三磷酸DAG：二酰基甘油G蛋白2、磷酸肌醇作用途径R G 蛋 白磷 脂 酶 CDAGPKCIP4IP3HCa 内质网PIP2：磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸 DAG：二脂酰甘油 IP3：肌醇-1，4，5

27、-三磷酸 IP4：肌醇-1，3，4，5-四磷酸 PIP2使酶的活性发生改变酶 或蛋白质酶或蛋白质PP改变钙调蛋白及其他钙传感器的构象 产生生理效应两个细胞内信使IP3打开Ca2+通道（从内质网/肌质网中释放）， 胞质内Ca2+ 升高，钙调蛋白和其他钙传感器 构象改变，更容易和靶蛋白结合寿命短，维持几秒钟，磷酸酶顺次作用 形成肌醇，失去5-磷酸基即丧失信使作用DAG活化蛋白激酶C 、激活/失活靶酶活性如糖原合成酶被磷酸化后，停止合成糖原 有重复出现的螺旋区-泡区-螺旋区（EF手图象） 在含Ca2+循环溶液中离体蛙心才能继续搏动 细胞收缩、胞吐、胞饮、糖原代谢、神经递质的释放、细胞死亡等都与Ca2

28、+有关Ca2+是许多信号传导途径中的细胞内信号钙调蛋白和其他的钙传感器CaCa激素结合到实质为酪氨酸激酶的受体上，激发此激酶的催化活性，使受体本身酪氨酸残基磷酸化；受体中酪氨酸的磷酸化又进一步促进酪氨酸激酶的活性。3受体的酪氨酸激酶途径 胰岛素受体细胞膜上的糖蛋白，有两个链（细胞外侧）和两个链（穿过细胞膜）酪氨酸激酶结构域在链细胞质侧；胰岛素结合位点在链上胰岛素的结合打开受体酪氨酸激酶活性，自动对链上酪氨酸残基进行磷酸化自身磷酸化作用反应慢、形成激素-核受体复合物激素首先进入细胞与胞浆中受体形成激素-胞浆受体复合物进入细胞核激素的受体是结合着DNA的蛋白质受体转变成转录的增强子特定的基因扩增地表达 固醇类激素以此种方式作用于机体 去除抑制蛋白的作用4激素诱导酶的合成 HH类固醇激素RHRHR 核膜HR mRNAmRNA酶蛋白P581 表17-6 一些激素的作用方式第二信使：cAMP，cGMP，IP3，DAG，Ca2